مقاوم سازی لرزه ای دیوارهای برشی با استفاده از سیستم FRP

مقدمه

یکی از رویکردهای مقابله با نیروی طبیعی زلزله استفاده از مواد ساختمانی نوین با ویژگی های لرزه ای مناسب می باشد. همچنین به دنبال فرسودگی سازه های زیربنائی و نیاز به تقویت سازه ها برای برآورده کردن الزامات سخت گیرانه طراحی، طی دودهه اخیر تاکید فراوانی بر مقاوم سازی اصولی درسراسر جهان صورت گرفته است. ازطرفی بهسازی لرزه ای به خصوص درمناطق زلزله خیز، روشFRP  را به عنوان یک روش تکنولوژیک  دارای اهمیت نموده است.

ديوارهاي برشي بتن آرمه به عنوان سيستم مقاوم در برابر بارهاي لرزه اي در سازه هاي بلند مرتبه در تمام نقاط دنيا مورد استفاده قرار مي گيرند. تغيير در نيازهاي آيين نامه اي، و عوامل مخرب باعث شده تا بعضي از ديوارهاي برشي براي ادامه عمر خدمت ضعيف باشند. در همین راستا استفاده از الیاف های کامپوزیتی یا به صورت دقیقتر سیستم FRP به عنوان روشی کارآمد برای اصلاح این مقاطع در نظر گرفته می شود.

تعریف سیستم FRP

سیستم FRP بـدین صورت تعریف میشود که الیاف های کامپوزیتی و رزین ها یا به زبان عرف چسب ها برای ساخت چند لایه مرکب مورد استفاده قرار می گیرند، به نحوی که چسب های کامپوزیت الیافی مـصرفی به منظور چسباندن چندلایه مرکب به سطح بتن استفاده میشـوند.

 مصالح FRP ،سبک، مقاوم در برابر خوردگی و عوامل شیمیایی و دارای مقاومت کششی بالا می باشند. ایـن مـصالح بـه شـکل هـای مختلـف و درگستره ای از انواع ورقه های چند لایه کارخانه ای گرفته تا ورقه های خشک قابل پیچش روی اشکال مختلف سازه ای قابل دسترس می باشند. در اغلب موارد سیستم های FRP که به صورت ورق ها و صفحه های با اوزان مختلف و ضخامت های متفاوت عمل آوری شـده، در اجرا مطلوب می باشند.

کاربرد و شرایط استفاده

سیستم های FRP میتوانند به منظور بازسازی یا حفظ استحکام یک عضو سازه ای فرسوده، مرمت یا مقاوم سازی عـضو سـازه ای سالم، تحمل بارهای افزایش یافته به سبب تغییر در کاربری سازه و یا جبران خطاهای طراحـی و اجـرا بکـار رونـد. مهنـدس مشاور قبل از انتخاب نوع سیستم FRP باید ارزیابی نماید که آیا سیستم FRP روش مناسبی برای مقاوم سازی مقطع مورد نظر می باشد یا خیر؟

برای استفاده از سیستم FRP در پروژه های خاص، لازم است وضعیت موجود سازه از قبیل ظرفیت باربری، شناسـایی نقـایص و عوامل آن و شرایط سطوح بتن ارزیابی شود. ارزیابی کمی می تواند شامل بازرسی دقیق میـدانی و اخـذ اطلاعـات لازم، مـروری بـر  مدارک طراحی موجود سازه اجرا شده (چون ساخت) و تحلیل سازه باشد. مدارک و نقشه های موجود بـرای سـازه شـامل مشخـصات پروژه، نقشه های طراحی اولیه، نقشه های چون ساخت، گزارش آزمایش های میدانی، مدارک مربوط به تعمیرات و مرمـتهـای حـین بهره برداری و مدارک مربوط به تاریخچه نگهداری باید به خوبی مطالعه شود. مهندس مشاور باید بررسیها و برداشت های لازم سازه موجود را مطابق دستورالعمل های موجود یا سایر مدارک معتبر و مستند هدایت کند. مقاومت کششی بتن در سطح عـضو مـورد نظـر جایی که سیستم FRP روی آن نصب میشود، باید با آزمایش کشش سطحی کنترل شود. بررسی های میدانی دست کم باید شامل موارد زیر باشد.

- ابعاد موجود اعضای سازه ای

- موقعیت، اندازه و عامل ایجاد ترک و خردشدگی

- موقعیت و میزان خوردگی میلگردهای فولادی

- نوع، مقدار و موقعیت آرماتورهای موجود

- مقاومت فشاری درجای بتن

- سلامت بتن، بخصوص بتن پوششی، در سطوحی که سیستم FRP به بتن چسبانیده میشود.

تقویت دیوار برشی با استفاده از سیستم FRP

تقویت برشی

براي جبران ضعف برشي ديوار، صفحات  FRP در راستاي طول ديوار موازي با آرماتورهاي عرضي به صورت افقي در دو وجه ديوار نصب مي گردد. نحوه عملكرد  FRP بدين صورت مي باشد كه پس از ايجاد ترك برشي در بتن، كرنش در FRP سبب افزايش مقاومت تسليم، مقاومت نهايي و شكل پذيري ديوار مي گردد.

تقویت خمشی

براي جبران ضعف خمشي ديوار صفحات FRP در راستاي ارتفاع ديوار موازي با آرماتورهاي طولي بر روي آن بطور قائم نصب مي گردد. طريقه نصب معمولاً بدین صورت مي باشد كه FRP در دو وجه دیوار نصب می گردد.

نحوه همكاري اين الياف در تحمل خمش وارد بر ديوار، همانند نقشي است كه آرماتورهاي اصلي (قائم) درون ديوار ايفا مي كند، در صورتیکه FRP به منظور افزايش مقاومت خمشي بر روي ديوار به صورت ارتفاعي استفاده شود، لازم است كه انتهاي آن به نحو مناسبي در پاي ديوار مهار گردد تا نيروهاي درون اين صفحات به تكيه گاه پاي ديوار انتقال يابد. براي مهار انتهاي صفحات خمشي می توان از يك مقطع نبشي فو لادي در مجاورت تكيه گاه ديوار كه بر آن پيچ مي گردد.

در صورتيكه از هر دو تقويت خمشي و برشي به صورت قرارگيري الياف به طور افقي و عمودي بر روي ديوار به صورت توام استفاده گردد افزايش در بار تسليم، سختي ثانويه مقاومت نهايي و شكل پذيري، بيشتر از حالتهاي قبل مي باشد. در اين سيستم قرارگيري الياف به صورت افقي خود مهار كننده الياف خمشي مي باشند.

مراحل اجرایی FRP

آماده سازی زیرآیند و بتن

رفتار اجزای بتنی که با الیاف FRP  مقاوم سازی یا ترمیم شده اند، بطور قابل ملاحظه ای با وضعیت سطح بتن و آماده سازی مناسب و هموار شدن رویه آن مرتبط می باشند. در غیر این صورت می تواند نتایجی نظیر جداشدگی الیاف FRP از سطح بتن یا جدایش خود لایه ها از یکدیگر قبل از رسیدن به بارهای طراحی اتفاق افتد.

لازم است تمام اشکالات موجود در بتن اصلی و بتن زیرکار که ممکن است یکپارچگی سیستم FRP را به مخاطره بیندازد، قبل از عملیات آماده سازی برطرف شوند.

روش هایی که با جزییات کامل در ACI 546R و ICRI 03730 اشاره شده، نحوه ترمیم و آماده سازی سطوح بتن را بیان نموده است. لازم است سازگاری مواد مصرفی جهت ترمیم برای آماده سازی اجرای سیستم FRP به دقت بررسی شود این عیوب بتن اعم از آسیب های سطحی و حتی ترک های سطحی به وسیله ملات اپوکسی ABADUR MP ترمیم و اصلاح گردد.

این ماده با بنیان اپوکسی بدون حلال و فرمول ویژه، رئولوژی مناسب جهت ترمیم سطوح را دارا می باشد. این ماده با نیروی پیوستگی بیش از بتن (تست pull-off بتن قلوه کن می شود) گزینه کاملا مناسب برای زیرسازی سیستم FRP می باشد.

در مواردی که احتمال می رود فولاد مصرفی در اجزای بتن آرمه دچار خوردگی شده باشد، سیستم FRP نباید بکار برده شود. گسترش نیروها، ناشی از فرآیند خوردگی فولاد در اجزا ی بتنی، قابل برآورد و پیش بینی نیست و می تواند انسجام سازه ای سیستم FRP بکار گرفته شده را به مخاطره اندازد . اثرات خوردگی و رسوبات آن باید از روی بتن پاکسازی شده و خرابی های ناشی از خوردگی قبل از بکارگیری هر نوع سیستم پوشش بیرونی FRP ترمیم شوند.

گسترش ترک های با عرض بیش از 0.3 میلی متر یا بیشتر می تواند در عملکرد سیستم پوشش خارجی FRP اثر بگذارد، به طوری که منجر به جدایش لایه ای یا گسیختگی الیاف شود . لازم است تر ک های با عرض بیش از 0.3 میلی متر، مطابق با الزامات ACI 224.1R با تزریق تحت فشار چسب تزریق اپوکسی پر شوند.

چسب تزریق اپوکسی ABAINJECT EP-110 ماده دو جزئی با بنیان اپوکسی و ویسکوزیته پایین که بر اساس الزامات استانداردهای ASTM C881، ACI 503R، ACI-RAP-1 و EN 1504-5  طراحی شده و به راحتی به وسیله پمپ به درون ترک تزریق می گردد و به خلل و فرج موجود در ترک نفوذ می کند. پس از واکنش دو جزء در ترک ها جامد شکل گرفته دارای چسبندگی بسیار زیاد به دو طرف ترک می باشد به نحوی که چسبندگی آن از نیروی پیوستگی بتن بیشتر است.

اتصال FRP به روش چسباندن تر

پس از آماده سازی سطوح و پاکسازی، روی سطح بتن به وسیله چسب کامپوزیت الیافی ABABOND FRP-C5 مطابق میزان مصرفی در برگه اطلاعات فنی محصول به وسیله رولر یا قلم مو آغشته و سپس الیاف کامپوزیتی  ABA WRAP  به آرامی روی چسب فشرده شود و بوسیله کاردک یکنواخت گردد تا چسب در تمام سطح الیاف پخش شده و از تار و پود الیاف خارج شود.در این روند  قبل از گیرش رزین، حباب های هوا و طبله های موجود بین لایه ها باید خارج شوند . در آغشته نمودن الیاف به رزین باید دقت شود که تمامی الیاف کاملاً اشباع شوند.

قبل از کامل شدن گیرش رزین آغشته شده مربوط به لایه قبلی باید ورقه بعدی را بطور کامل روی سطح چسباند . در صورتی که چسب لایه قبلی واکنش داده باشد، قبل از چسباندن لایه بعدی آن را با استفاده از پاشش ماسه نرم یا مواد حلال دوباره آماده سازی نمود.